本發(fā)明屬于輸電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種電力外絕緣濕雪電導特性檢測方法。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的深化，高附加值高精尖行業(yè)的產(chǎn)值逐年增大，這些產(chǎn)業(yè)對于電能質(zhì)量和供電可靠性要求很高。而我國地形地貌復雜，微氣象條件多發(fā)，導致輸電線路絕緣子覆冰雪，大幅降低絕緣強度，誘發(fā)絕緣子閃絡(luò)事故，造成大范圍停電事故和經(jīng)濟損失。為避免輸電系統(tǒng)受復雜天氣環(huán)境，如冰雪等自然災(zāi)害的影響，亟需對相關(guān)問題開展研究，提出對應(yīng)的防治手段。

輸電線路覆雪閃絡(luò)事故推進了絕緣子覆雪閃絡(luò)機理研究的進程，可能導致閃絡(luò)因素的覆雪橋接傘裙、內(nèi)層融化結(jié)冰或特殊氣候條件下覆雪形態(tài)改變等被關(guān)注，而絕緣子覆濕雪電導特性的測量是現(xiàn)場防覆雪及其閃絡(luò)工作的基礎(chǔ)。已有的研究表明，不同電導特性雪的鹽分分布存在差異，發(fā)生覆雪閃絡(luò)的概率也不同。目前國內(nèi)外研究普遍認為，輸電線路絕緣子覆冰類型為雨凇時，閃絡(luò)電壓最低，因而閃絡(luò)概率最大。然而在特殊的氣候條件下，覆雪引發(fā)的閃絡(luò)也經(jīng)常發(fā)生。國外相關(guān)學者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不同狀態(tài)的雪，其泄漏電流發(fā)展過程、局部電弧分布和閃絡(luò)過程有明顯區(qū)別。含水量很低的雪，即干雪，雪體電阻大，泄漏電流小，產(chǎn)生的焦耳熱不足以使雪體融化，絕緣子的狀態(tài)保持不變，因而閃絡(luò)電壓高。而含水量高的雪，即濕雪，其中的雪水混合物沿著絕緣子的傘裙流，大幅降低絕緣電阻，使絕緣子電場產(chǎn)生畸變，進而產(chǎn)生局部電弧，最后發(fā)展至全串閃絡(luò)，因而閃絡(luò)電壓低，閃絡(luò)危險大。因此，如何檢測電力外絕緣濕雪電導特性是目前迫切需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、準確度高且使用方便的電力外絕緣濕雪電導特性檢測方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種電力外絕緣濕雪電導特性檢測方法，包括以下步驟：

步驟1、建立電力外絕緣人工氣候?qū)嶒炇覞裱┉h(huán)境；

步驟2、建立濕雪體積電導率試驗?zāi)Ｐ停?/p>

步驟3、在電力外絕緣人工氣候?qū)嶒炇疫M行濕雪體積電導率檢測并計算得到出濕雪體積電導率。

所述步驟1的具體方法為：將人工氣候?qū)嶒炇覂?nèi)部溫度范圍控制在-20℃至40℃，濕雪環(huán)境通過一側(cè)的空氣霧化噴頭對絕緣子進行覆冰水噴淋，降水量和覆冰水粒徑由供水量、風速進行調(diào)節(jié),人工濕雪的環(huán)境參數(shù)如下：溫度為-3℃，風速為7m/s，降水強度為6.4mm/h，密度為0.13g/cm³。

所述濕雪體積電導率試驗?zāi)Ｐ桶y量電極、絕緣頂蓋、保護電極、絕緣圓環(huán)、底面和絕緣底座，所述測量電極安裝在絕緣頂蓋的中部，所述保護電極安裝絕緣頂蓋的外側(cè)，測量電極和保護電極通過絕緣頂蓋連接在一起并保持絕緣；所述絕緣圓環(huán)、底面和絕緣底座依次安裝在絕緣頂蓋的底部。

所述的絕緣頂蓋、絕緣圓環(huán)和絕緣底座均采用聚四氟乙烯制成；所述的底面由銅材料制成。

所述步驟3的具體方法包括以下步驟：

⑴在電力外絕緣人工氣候?qū)嶒炇覂?nèi)安裝溫控系統(tǒng)，控制氣候室內(nèi)的溫度為恒定值并監(jiān)視器溫度；

⑵將濕雪體積電導率試驗?zāi)Ｐ头湃霘夂蚴覂?nèi)降溫，然后開始覆雪；

⑶待覆雪結(jié)束后，采集雪樣并放入濕雪體積電導率試驗?zāi)Ｐ椭?，使雪能夠均勻填滿整個模型；

⑷組裝模型并濕雪體積電導率試驗?zāi)Ｐ瓦B接到檢測電路上：濕雪體積電導率試驗?zāi)Ｐ团c100V直流電源以及4MΩ保護電阻串聯(lián)，電壓表測量保護電阻兩端的電壓，通過電壓值求得模型的電阻，進而計算得到出濕雪體積電導率。

在步驟3中，檢測所用儀表均安裝在電力外絕緣人工氣候?qū)嶒炇彝獠⒃陔娏ν饨^緣人工氣候?qū)嶒炇彝庾x數(shù)測量，并且連續(xù)記錄氣候室內(nèi)的溫度和電壓表的讀數(shù)。

本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：

本發(fā)明通過建立電力外絕緣人工氣候?qū)嶒炇覞裱┉h(huán)境并將濕雪體積電導率測量模型與檢測電路連接在一起，實現(xiàn)電力外絕緣濕雪電導特性檢測功能，其作為一套體系完整的試驗流程，可指導不同地區(qū)不同程度冰雪天氣下濕雪電導特性的測量，也為線路防覆雪及其閃絡(luò)工作提供重要參考。

附圖說明

圖1a是濕雪體積電導率測量模型結(jié)構(gòu)圖；

圖1b是圖1的俯視圖；

圖2是雪閃電壓與雪的密度之間的關(guān)系圖；

圖3是雪閃電壓與覆雪水電導率的關(guān)系圖；

圖4是濕雪閃絡(luò)電壓的影響因素示意圖；

圖5是濕雪閃絡(luò)電壓的影響因素示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述：

一種電力外絕緣濕雪電導特性檢測方法，包括以下步驟：

步驟1、建立電力外絕緣人工氣候?qū)嶒炇覞裱┉h(huán)境

由于降雪具有較強的季節(jié)性和地域性特點，自然降雪不易收集，試驗中人造雪的產(chǎn)生需要在電力外絕緣人工模擬氣候試驗室的覆冰(雪)條件下進行。氣候?qū)嶒炇覂?nèi)部溫度可調(diào)節(jié)范圍應(yīng)在-20℃至40℃。濕雪環(huán)境通過一側(cè)的空氣霧化噴頭對絕緣子進行覆冰水噴淋，降水量和覆冰水粒徑可由供水量、風速進行調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)以上氣候室的環(huán)境參數(shù)，可實現(xiàn)接近于自然雪的人造雪。覆雪時人工氣候室的環(huán)境參數(shù)設(shè)置如表1。

表1 人工濕雪的環(huán)境參數(shù)

步驟2、建立濕雪體積電導率試驗?zāi)Ｐ?/p>

濕雪體積電導率測量模型如圖1a及圖1b所示。該模型根據(jù)M.Farzaneh的電導率測量模型制成。該模型包括測量電極2、絕緣頂蓋1、保護電極3、絕緣圓環(huán)4、底面5和絕緣底座6，所述的絕緣頂蓋、測量電極和保護電極按照三電極法制作而成，中部為圓形的測量電極，外部是環(huán)形的保護電極，測量電極和保護電極通過絕緣頂蓋連接在一起并保持絕緣。所述的絕緣圓環(huán)安裝在絕緣頂蓋的底部，所述的底面安裝在絕緣圓環(huán)的底部，絕緣底座安裝在絕緣圓環(huán)的底部，絕緣底座用于保證模型整體對地絕緣。所述的絕緣頂蓋、絕緣圓環(huán)和絕緣底座均采用聚四氟乙烯制成；所述的底面由導電性能良好的銅制成。本測量模型采用三電極法的原因在于能夠最大程度上避免表面電導的影響，同時保證電場高度均勻，測量電極產(chǎn)生的電場線由雪樣中穿過，基本上沒有邊緣效應(yīng)。

3、在電力外絕緣人工氣候?qū)嶒炇疫M行濕雪體積電導率檢測，雪的體積電導率測量在電力外絕緣人工氣候室內(nèi)進行，計算出雪的體積電導率，具體方法如下：

(1)在電力外絕緣人工氣候?qū)嶒炇覂?nèi)安裝溫控系統(tǒng)，控制氣候室內(nèi)的溫度為恒定值并保持監(jiān)視。

(2)將測量電導率的濕雪體積電導率試驗?zāi)Ｐ头湃霘夂蚴覂?nèi)降溫，然后開始覆雪。

(3)待覆雪結(jié)束后，用小刀采集雪樣放入濕雪體積電導率試驗?zāi)Ｐ椭?，使雪能夠均勻填滿整個模型。

(4)組裝模型并連接檢測電路，如圖2所示，檢測電路包括100V直流100V電壓源、電壓表和4MΩ保護電阻，濕雪體積電導率試驗?zāi)Ｐ团c100V直流電源以及4MΩ保護電阻串聯(lián)，電壓表測量保護電阻兩端的電壓，通過電壓值可以求得模型的電阻，進而計算得到出濕雪體積電導率。

在檢測過程中，為了減少外界因素對氣候室內(nèi)溫度的干擾，檢測所用儀表均在氣候室外，可以在氣候室外讀數(shù)測量。實驗中，連續(xù)記錄氣候室內(nèi)的溫度和電壓表的讀數(shù)。

使用上述檢測方法，可以得到雪的體積電導率隨溫度的變化曲線，如圖3所示。覆雪所用水的電導率為160μS/cm，因此雪中有一定的鹽存在，導致雪的熔點低于0℃。而雪的體積電導率在熔點附近出現(xiàn)最大值，可能是在熔點附近雪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大的變化。

溫度對雪的影響主要體現(xiàn)在微觀結(jié)構(gòu)方面。溫度的升高會導致冰顆粒的減少及水顆粒的增加，而自由水導電能力更強，故電導率升高；到達熔點后，溫度的升高繼續(xù)減少冰顆粒的含量，并引發(fā)大范圍的融化，使得自由水中的可溶鹽的濃度下降，使得濕雪的導電能力下降。

雪的體積電導率在-2℃-0℃之間出現(xiàn)最大值的意義在于此時雪的導電能力大幅上升，這種狀態(tài)的覆雪絕緣子更高的幾率發(fā)生閃絡(luò)。

雪的體積電導率隨密度的變化曲線如圖4所示，曲線1和曲線2是不同覆雪水電導率下兩次覆雪試驗的數(shù)據(jù)；斜率大的曲線代表覆雪水電導率較高。在每次實驗中，首先將電導率測量模型均勻地填滿雪，測量在固定溫度下的體積電導率；當需要改變密度時，取雪裝填到容器中，用塑料板均勻地對雪施加壓力，將雪壓緊，除去多余的雪，在相同溫度下進行電導率測量，從而得到電導率與密度的曲線。圖中縱坐標是對數(shù)坐標軸，兩條曲線的擬合直線的r2值均大于0.97，可以認為電導率的對數(shù)與密度為線性關(guān)系。

從雪的微觀結(jié)構(gòu)的角度分析，當雪的密度增大時，空氣的含量大大減小，且雪對電的傳導主要發(fā)生在水顆粒及冰顆粒的表面，因此密度的增加相當于增加了雪中導電性能良好的冰顆粒及水顆粒的含量，使雪體的導電性能增強，電導率增加。

圖5給出了雪的體積電導率與覆雪水電導率的散點圖。不考慮兩個奇異點，可知雪的體積電導率與覆雪水電導率存在正相關(guān)關(guān)系。覆雪水電導率反映了覆雪水中的可溶鹽含量；在覆雪過程中，可溶鹽析出成為鹽顆粒，附著在雪體內(nèi)，成為鹽顆粒，增大雪的導電能力。

需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。